网络控制系统(NCS)是传统控制技术与信息技术结合的产物,它在各控制领域中已经得到广泛的应用。在NCS中,数据通过网络来传输,这样势必会产生网络时延。如果控制器设计对于网络时延处理不当,不仅系统性能会下降,还可能造成系统不稳定,因此,目前NCS研究工作主要是围绕网络时延问题展开的。针对NCS的特殊性,结合网络延时的实际特点,发展与NCS相适应的分析和设计理论具有积极和重要的意义。本文基于线性时不变的被控对象,以延时的补偿和处理为核心,以控制技术和实验技术相融合为基本出发点,以发展和完善NCS控制器的设计方法和相应理论为主线,以改善和提高系统性能为目标,从实验方法到控制策略对NCS进行了全面、系统的研究。首先,为了更加深入地分析和理解网络延时为控制系统带来的影响,研究了NCS中网络时延的基本组成和特性,并明确了由时延引发的时变传输周期、数据包丢失和不同节点驱动方式等一系列特殊问题。其次,设计并实现了NCS数字仿真实验系统。实际的网络环境中延时情况实时变化,无法保证实验条件的一致性,建立数字NCS仿真实验系统有效地解决了该问题,并且可以实现人为设置数据包丢失率和时序错乱等特殊功能,因此有助于NCS的分析和研究。再次,从确定性控制和随机控制两方面分别提出了控制器设计方法和相应的解决方案。针对确定性控制方法中延时固定带来的时延最大化问题,改进了NCS节点的工作方式,通过令控制器节点倍频采样的方法配合状态预测形成了新型LQ控制。该方法使得智能节点能够及时地对新息作出响应,系统中的滞后被有效地减小。另外,针对随机最优状态反馈控制律算法复杂、计算量大,不能满足系统实时性要求的缺陷,证明了在开环系统均方可镇定的条件下NCS随机最优控制律中随机Riccati方程存在稳态解,并在此基础上提出了均方可镇定系统的随机状态反馈控制策略。该方法在保证系统控制性能接近最优的情况下,极大地减小了算法运行时间,使得系统实时性要求得以满足,在实际工程中具有较大的应用价值。最后,将CAN总线引入到伺服控制系统中,设计并实现了基于CAN总线的闭环网络伺服控制系统。该系统的构建有助于更深入地了解网络控制系统中存在的实际问题并完成理论结果的实验验证,是进行NCS分析和研究必不可少的重要环节。